[发明专利]局部冻胀位移感知温控结构及其制备方法

权利要求书

1.局部冻胀位移感知温控结构，其特征在于，包括：

壳体，包括多个沿着横向和纵向排列的安装格；

位移感知温控部，安装在所述壳体中，包括多个监控单元；每个所述监控单元安装在一个所述安装格中，包括：设置在所述安装格一侧边部中、监测位移变化的位移感知件，围绕且位于所述安装格其余边部中、在位移变化达到局部冻胀发生条件时进行加热的发热件；在行、列上相邻的任意两个所述监控单元均间隔至少一个所述安装格；和

控制部，与所述位移感知温控部通信相连，控制各个所述监控单元的运行；

其中，所述控制部获取每个所述监控单元中所述位移感知件监测的位移量信息，并在位移量超过第一阈值时，将该监控单元及周围距离该监控单元最近的N个监控单元作为局部冻胀判断对象，确定这N+1个监控单元中最大和最小位移量，并计算两者差值，然后将差值与第二阈值进行比较：若比较结果为差值不超过第二阈值，判断为发生了整体冻胀，不需要进行加热；若比较结果为差值超过第二阈值，判断为对应最大位移量的监控单元处发生了局部冻胀，启动该监控单元的发热件进行加热，在加热一定时间后进一步将该监控单元当前的位移量与第一阈值进行比较，若当前的位移量未超过第一阈值，则停止加热，若当前的位移量仍超过第一阈值，则以该监控单元为加热中心，控制周围距离该监控单元最近的N个监控单元中的发热件启动，进行协同加热；N为不小于2的正整数；

当土体局部冻胀位移达到B时，将第一阈值设置为B/4，第二阈值设置为B/6。

2.根据权利要求1所述的局部冻胀位移感知温控结构，其特征在于：

其中，每个所述安装格均为矩形框状结构，中部区域镂空，所述发热件呈C型围绕所述安装格的三侧边设置，所述位移感知件设置在第四个边中。

3.根据权利要求1所述的局部冻胀位移感知温控结构，其特征在于：

其中，在所述壳体对应局部冻胀的主体区域上：每行每列都对应安装有多个所述监控单元，行、列上相邻的任意两个所述监控单元均间隔一个所述安装格，将所述监控单元中所述位移感知件所在的一侧记为开口侧，则在相邻列和行上，所述监控单元的所述开口侧相对向。

4.根据权利要求3所述的局部冻胀位移感知温控结构，其特征在于：

其中，所述壳体还包括形成在所述主体区域上的多个导线通道，将相邻所述安装格相交处记为节点，

各个所述导线通道的一端与所述安装格上所述开口侧对应的一个所述节点相连通，另一端向上延伸，使所述监控单元中所述发热件和所述位移感知件的两端的导线都能从中引出；相邻所述开口侧共有一个所述节点，共用一个所述导线通道。

5.根据权利要求1所述的局部冻胀位移感知温控结构，其特征在于：

其中，所述安装格的边长尺寸根据冻土环境确定，寒季平均低温在0~-5℃边长设置为12cm，寒季平均低温在-5~-10℃边长设置为10cm，寒季平均低温在-10~-20℃边长设置为8cm。

6.根据权利要求1所述的局部冻胀位移感知温控结构，其特征在于：

其中，所述控制部根据用户设定的不同监控级别区域，按照相应级别区域的第一阈值、第二阈值和加热时间对各个区域进行相应的监控，每个级别区域的第一阈值、第二阈值和加热时间不完全相同。

7.根据权利要求1所述的局部冻胀位移感知温控结构，其特征在于：

其中，所述发热件能够进行两档加热，在所述控制部判断为发生局部冻胀的情况下，控制所述发热件进行第二档加热，在加热一定时间后，若当前的位移量仍超过第一阈值，则以该监控单元为加热中心，控制周围距离该监控单元最近的N个监控单元中的发热件进行第一档加热；所述第一档加热的发热量小于第二档加热的发热量。

8.根据权利要求1所述的局部冻胀位移感知温控结构，其特征在于：

其中，N=所述安装格的边数。

9.权利要求1至8中任意一项所述的局部冻胀位移感知温控结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、制做模具：底模包括平台平面和在平台上挖出的纵横交错的凹槽，凹槽横向以及纵向间隔排列布置，形成相连凹槽之间围成格子状，顶模以同等方式挖出凹槽，且在部分凹槽交叉结点处钻出竖向贯通孔道，该贯通孔道贯穿顶模；

步骤二、设置监控单元：将位移感知件和发热件对应参照底模凹槽中的格子形状和尺寸摆放，使所述位移感知件对应围成格子的一边凹槽，所述发热件对应围成格子的其余各边凹槽，并将所述位移感知件和所述发热件的正负极分别连接导线，形成一个监控单元；重复前述过程，形成多个所述监控单元；

步骤三、向底模中倒入环氧树脂胶，使环氧树脂均匀流入所述凹槽，等待环氧树脂胶由液态进入可塑性形态时将步骤二中摆放好的所述监控单元放入凹槽中；等待环氧树脂胶进入固态后盖上所述顶模，且导线由所述贯通孔道穿过所述顶模，从所述贯通孔道注入环氧树脂胶，待其固化好后拆模形成环氧树脂胶壳体包裹住的位移感知温控部；

步骤四、将发热件用导线连接到控制终端，将位移感知件连接到静态应变测试系统，且静态应变测试系统连接到数据采集终端。